Comment pouvez-vous retracer une seule cellule malade dans un cerveau intact ou un cœur humain ? La recherche ressemble à la recherche d’une aiguille dans une botte de foin. Les équipes d’Ali Ertürk à Helmholtz Munich et LMU Munich et de Matthias Mann à l’Institut de biochimie Max Planck à Martinsried près de Munich ont maintenant développé une nouvelle technologie nommée DISCO-MS qui résout le problème. DISCO-MS utilise la technologie robotique pour obtenir des données protéomiques à partir de cellules « malades » identifiées avec précision au début de la maladie.
La plupart des maladies sont initialement asymptomatiques et les personnes affectées se sentent généralement toujours bien – les symptômes ne sont pas encore présents ou sont encore trop légers pour s’en rendre compte. Cependant, un changement s’est déjà produit dans le corps : un virus peut avoir commencé à se répliquer, ou une cellule voyous peut s’être divisée plus souvent qu’elle n’aurait dû. Mais comment ces changements peuvent-ils être perçus ?
Les chercheurs sont confrontés à un dilemme similaire lorsqu’ils étudient le développement précoce des maladies. Même lorsqu’ils travaillent avec des modèles animaux, les scientifiques peuvent rarement identifier les petits sites d’initiation de la maladie ou caractériser les changements moléculaires exacts qui entraînent la progression de la maladie.
Avec le développement de DISCO-MS par les équipes de recherche d’Ertürk et Mann en Allemagne, cette tâche est devenue beaucoup plus facile. DISCO-MS combine des méthodes pour rendre les tissus de souris et humains transparents avec les dernières technologies de robotique et de protéomique pour déterminer leur composition moléculaire.
DISCO-MS : Transparence pour détecter les changements moléculaires précoces
DISCO-MS commence par la soi-disant compensation des tissus DISCO, qui rend le corps de la souris ou les organes humains transparents, les rendant accessibles à l’imagerie. Ainsi, les cellules marquées par fluorescence peuvent être facilement identifiées dans les tissus intacts de sites spécifiques à l’aide d’une microscopie tridimensionnelle à haute résolution.
Une fois les régions d’intérêt identifiées, elles sont isolées à l’aide d’une nouvelle technologie robotique appelée DISCO-bot, développée par l’ingénieur en mécanique Furkan Öztürk, titulaire d’un doctorat. étudiant dans le laboratoire d’Ertürk. Les tissus extraits assistés par robot sont traités pour leur analyse du protéome à l’aide de méthodes avancées de spectrométrie de masse (MS) développées par Andreas-David Brunner, ancien Ph.D. étudiant dans le laboratoire de Mann. Cette approche de haute technologie permet une caractérisation moléculaire complète de toute région tissulaire souhaitée identifiée en 3D dans des corps entiers de souris ou des organes humains.
La détection précoce attrape les maladies
Pour montrer la puissance de la méthode, le premier auteur Harsharan Singh Bhatia et ses collègues ont appliqué DISCO-MS au modèle murin de la maladie d’Alzheimer (MA) et aux plaques athérosclérotiques (durcissement pathologique et rétrécissement des vaisseaux sanguins) dans le cœur humain. Dans les échantillons de tissus du modèle AD, l’équipe a appliqué l’intelligence artificielle (IA) pour identifier les plaques AD typiques aux premiers stades de la maladie, qui avaient été difficiles à détecter par toute autre méthode. Des analyses protéomiques ultérieures des plaques ont fourni une étude impartiale et à grande échelle des protéines affectées dans la MA, révélant de nouveaux acteurs moléculaires qui pourraient être des biomarqueurs de la maladie d’Alzheimer.
Dans le cœur humain, les chercheurs se sont intéressés à la composition des tissus entourant les plaques d’athérosclérose, qui étaient rapidement visibles après le nettoyage des tissus. La détection par IA et l’extraction robotique des tissus ont de nouveau permis l’identification de voies moléculaires dérégulées dans les cellules cardiaques humaines liées aux plaques aortiques. Ces résultats sont des découvertes clés, car ils constituent la base de cibles thérapeutiques potentielles.
DISCO-MS est la première technologie spatial-omique dans des volumes 3D intacts et accélère l’étude de maladies complexes allant du cancer aux troubles métaboliques. Comme DISCO-MS travaille avec des tissus précliniques et cliniques, il permet l’étude des maladies à leurs premiers stades et, par la suite, le développement de nouvelles thérapies potentielles.
L’article est publié dans la revue Cellule.
Plus d’information:
Harsharan Singh Bhatia et al, Protéomique spatiale dans des spécimens intacts tridimensionnels, Cellule (2022). DOI : 10.1016/j.cell.2022.11.021